一种抑制激光光强波动像质退化效应的主动成像系统及方法技术方案

为解决现有技术存在的在利用傅里叶成像系统成像时，对激光光源稳定性要求过高，导致工程中很难达到或成本过高，或者由于采样时间加长导致成像时效性变差，使得成像系统使用范围受到限制的技术问题，本发明专利技术提出一种抑制激光光强波动像质退化效应的主动成像系统及方法，通过激光分束器把激光分为主光束和辅助光两束，主光束用于扫描目标表面，由目标表面反射并转换为激光回波电信号进而得到相位闭合系数；辅助光用于检测光强值，然后计算得到光强波动比例系数矩阵进而得到光强扰动因子，利用光强扰动因子和相位闭合系数，通过频谱重建算法求解得到消除光强波动的频谱分量，最后通过图像重建得到抑制激光光强波动进而避免像质退化效应的图像。

An Active Imaging System and Method for Suppressing Image Degradation of Laser Intensity Fluctuation

In order to solve the technical problems existing in the existing technology when imaging with Fourier imaging system, the stability of laser light source is too high, which makes it difficult to achieve or cost too high in engineering, or the imaging timeliness is poor due to the longer sampling time, which limits the use range of imaging system, the present invention proposes an initiative to suppress the image quality degradation effect of laser intensity fluctuation. The imaging system and method divide the laser beam into two beams: the main beam and the auxiliary beam. The main beam is used to scan the target surface, and the phase closure coefficient is obtained by reflecting and converting the target surface into the laser echo electric signal. The auxiliary light is used to detect the light intensity, and then the light intensity fluctuation ratio coefficient matrix is calculated to obtain the light intensity perturbation factor. The light intensity perturbation factor is obtained by using the light intensity perturbation factor. The phase closure coefficients and the spectral components to eliminate the fluctuation of light intensity are obtained by spectrum reconstruction algorithm. Finally, the image is reconstructed to suppress the fluctuation of laser light intensity and avoid the degradation of image quality.

【技术实现步骤摘要】
一种抑制激光光强波动像质退化效应的主动成像系统及方法
本专利技术涉及主动成像，具体涉及一种抑制激光光强波动像质退化效应的主动成像系统及方法。
技术介绍
激光干涉场成像是一种新型高分辨主动成像技术，如图1所示，通过主动发射多束相干激光照射扫描目标表面，扫描目标表面反射的激光回波信号经接收系统信号解调，相位闭合抑制湍流扰动影响后，重构目标高分辨图像。同常规光学成像相比，具有分辨率高、作用距离远、主动性强等特点，可推广应用于空间远程暗弱目标探测等领域，对于开展研究有着重要意义和广阔的应用前景。现有的主动成像系统，包括激光发射单元、激光回波信号接收单元；其中，激光发射单元包括发射信息处理计算机、激光发射阵列；激光回波信号接收单元包括探测器接收模块、图像重建模块；发射信息处理计算机用于设置各频谱采样点的发射孔径间距和激光发射方向；激光发射阵列用于根据发射信息处理计算机的控制运动到对应的频谱采样点位置后发射激光扫描目标表面，目标表面反射激光回波光信号，探测器接收模块用于接收激光回波光信号并将其转换为激光回波电信号；图像重建模块用于接收探测器接收模块接收到的激光回波电信号，当采集完激光发射阵列上所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制激光光强波动像质退化效应的主动成像系统，包括激光发射单元、激光回波信号接收单元，所述激光发射单元包括发射信息处理计算机、激光发射阵列；所述激光回波信号接收单元包括探测器接收模块和图像重建模块；其特征在于：还包括时统单元和光强测试仪，所述激光发射单元还包括激光分束器；所述时统单元用于同步控制所述发射信息处理计算机、所述激光发射阵列、所述光强测试仪和所述探测器接收模块；所述激光分束器用于将从所述激光发射单元获取的激光分为主光束和辅助光两束；主光束用于扫描目标表面，并经过目标表面反射得到激光回波光信号，激光回波光信号进入探测器接收模块，由探测器接收模块输出相应的激光回波电信号；辅助光被光...

【技术特征摘要】
1.一种抑制激光光强波动像质退化效应的主动成像系统，包括激光发射单元、激光回波信号接收单元，所述激光发射单元包括发射信息处理计算机、激光发射阵列；所述激光回波信号接收单元包括探测器接收模块和图像重建模块；其特征在于：还包括时统单元和光强测试仪，所述激光发射单元还包括激光分束器；所述时统单元用于同步控制所述发射信息处理计算机、所述激光发射阵列、所述光强测试仪和所述探测器接收模块；所述激光分束器用于将从所述激光发射单元获取的激光分为主光束和辅助光两束；主光束用于扫描目标表面，并经过目标表面反射得到激光回波光信号，激光回波光信号进入探测器接收模块，由探测器接收模块输出相应的激光回波电信号；辅助光被光强测试仪接收；图像重建模块用于根据从探测器接收模块获取的激光回波电信号和从光强测试仪获取的辅助光光强值重建目标图像；具体为：根据辅助光光强值计算多次采样的剪切光束与固定光束的光强值之比，建立光强比例系数矩阵，进而计算出每次采样的光强扰动因子；所述固定光束是每次采样中从同一激光发射孔发出的激光束，所述剪切光束是与固定光束相邻的光束；将所述激光回波信号进行解调并求解得到相位闭合系数；利用所述相位闭合系数和所述光强扰动因子，通过频谱迭代，得到抑制激光光强波动后的高阶频谱分量，将高阶频谱分量经逆傅里叶变换重建目标图像。2.一种基于权利要求1所述抑制激光光强波动像质退化效应的主动成像系统的图像重建方法，包括以下步骤：1)获取所述光强测试仪提供的激光发射阵列激光光强值，每次采样的激光发射阵列激光均包括至少三束激光，每次采样中从同一激光发射孔发出的激光束为固定光束，固定光束相邻的光束为剪切光束；获取探测器接收模块提供的激光回波电信号；2)计算每次采样的剪切光束与固定光束的光强值之比，记为该采样点的光强比例系数；多个采样点的光强比例系数构成光强比例系数矩阵；基于光强比例系数矩阵，计算得到每次采样的光强扰动因子；3)将步骤1)获取的激光回波电信号解调，得到回波解调信号，利用回波解调信号，根据相位闭合技术原理，逐次求解得到各阶相位闭合系数；4)将步骤3)获取的相位闭合系数和步骤2)获取的光强扰动因子代入频谱分量表达式通过迭代递推，计算得到高阶频谱分量；5)将步骤4)获取的高阶频谱分量逆傅里叶，重建得到目标高分辨图像。3.一种基于权利要求2所述的图像重建方法，其特征在于：步骤1)具体为：1.1)在时统单元同步信号控制下，发射信息处理计算机设置第1频谱采样点的至少三个激光发射孔的孔径间距和激光发射方向并生成命令以控制激光发射阵列相应激光发射孔发射激光；1.2)激光发射阵列获取发射信息处理计算机发来的命令，并根据该命令从第1频谱采样点发射激光给激光分束器；1.3)激光分束器将从激光发射阵列获取的第1频谱采样点发射的激光分成主光束和辅助光两束；1.4)所述主光束扫描目标表面；1.5)所述辅助光被光强测试仪接收；1.6)所述目标表面反射激光回波光信号；1.7)所述探测器接收模块获取所述激光回波光信号，并将其转换为激光回波电信号S(t)后发送给图像重建模块；1.8)光强测试仪接收所述辅助光，并测得该辅助光中固定光束的光强值Q1-t1和剪切光束的光强值Q2-t1，并将该光强值Q1-t1和Q2-t1发送给图像重建模块；1.9)第1频谱采样点采样完成；1.10)重复步骤1.1)至1.9)，依次完成第2频谱采样点至第n频谱采样点的采样，获取第2频谱采样点至第n频谱采样点影响激光光强波动的剪切光束的光强值Q2-t2、Q2-t3、……、Q2-tn；1.11)本方法只与第1频谱采样点固定光束光强值Q1-t1有关，故不测其它频谱采样点固定光束的光强值；1.12)获取到第n频谱采样点的激光回波电信号S(t)和剪切光束的光强值Q2-tn后，采样则结束。4.利用根据权利要求3的方法，其特征在于，步骤2)具体为：2.1)图像重建模块从所述光强测试仪获取实时测量得到的第1频谱采样点固定光束的光强值Q1-t1和剪切光束的光强值Q2-t1，利用Q1-t1和Q2-t1计算第1频谱采样点的光强比例系数k1_12，并将k1_12记录存储：k1_12＝Q2-t1/Q1-t1＝A2(t1)2/A1(t1)2其中，光强比例系数k1_12下标说明，1-表示第1频谱采样点，12-表示剪切光束相对固定光束；k1_12-表示第1频谱采样点剪切光束相对固定光束的光强比例系...

【专利技术属性】
技术研发人员：程志远，李治国，夏爱利，闫佩佩，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61